七台河勝科水務公司
高壓變頻調速技術方案
使用者：勝科集團
變頻器：hivert-y10/061
北京合康億盛變頻科技股份****
2023年12月30日
1#電機:10kv/185kw,i=13.8a,r=1485,cosφ=0.84,
1#水幫浦：流量1210m/h,揚程42m,揚
2#電機:10kv/250kw,i=18.2a,r=1481,cosφ=0.84,
2#水幫浦：流量1804m/h,揚程37m
3#電機:10kv/630kw,i=44.8a,r=992,cosφ=0.854,
3#水幫浦：流量3084m/h,揚程57.5m
4#電機:10kv/355kw,i=125a,r=1484,cosφ=0.921
4#水幫浦：流量2560m/h,揚程40m
目前水幫浦的使用的情況如下：在流量1500m/h時使用1#水幫浦, 在流量1900m/h時使用2#水幫浦, 在流量1900m/h時使用4#水幫浦, 3#水幫浦從來不用，若對3#水幫浦做變頻改造，目前水幫浦肯定已經不能滿足要求了，流量大，揚程小。所以水幫浦必須更換了。
廠家提出這樣的要求，能否換乙個10kv/450kw的電機且再選配乙個合適的水幫浦做變頻幫浦來用，還是用3#電機再換乙個新的水幫浦更經濟，目前乙個10kv/450kw的電機大約在30萬左右，訂貨工期在100天左右。而10kv/450kw的變頻器與10kv/630kw的採購成本只相差6萬元。城市的用水量每年有6-7%的增長，所以做變頻設計要考慮到未來至少5年的用水量的需求增長。
在一年中我們挑了3個具有代表意義的月份做為代表每年相關季節用水量的展示，具體的水量的變換如下： 2-5月份一天每小時的用水量是低谷期為1370m/h，一天裡的時間大約8小時，中間段時間為5小時，用水量為1830m/h，高峰期用水量在2450m/h，時間段大約在11小時。6-9月份一天每小時的用水量是低谷期為1530m/h，一天裡的時間大約8小時；中間段時間為12小時，用水量為2140m/h，高峰期用水量在2650m/h，時間段大約在4小時。
10-1月份一天每小時的用水量是低谷期為1120m/h，一天裡的時間大約10小時，中間段時間為10小時，用水量為1700m/h，高峰期用水量在2300m/h，時間段大約在10小時。
使用環境：
執行環境溫度：-5℃～45℃；
相對濕度：不超過50%；
海拔高度：1000m以下，超過1000m降容使用。
根據使用者的要求，設計方案如下：
增加一台高壓變頻器hivert-y10/061，即適配10kv/630kw的異步步電機。增加一台手動旁路櫃。高壓櫃採用現場原有的高壓櫃，高壓櫃的作用是給變頻器提供電源和保護；高壓變頻器完成軟啟動和降低執行速度，達到節能降耗的目的。
採用變頻調速的優點：
水幫浦採用變頻器拖動，可以實現對供水水壓的精確控制；
水幫浦可以全載變頻軟起，降低電阻啟動對電網的衝擊和機械衝擊，延長電機壽命；
執行速度降低，節能減排，符合目前國家要求。
變頻器可通過現場dcs，採用閉環控制，完成水幫浦的閉環控制執行，保證達到現場工藝需要；
變頻執行過程中，其電機速度是隨頻率變化而變化的，所以流量可以通過改變頻率而得到精確控制。
hivert-y10/023變頻器的外形尺寸為：4000×2100×1410mm（寬×高×深）。手動旁路櫃外形尺寸：800×2100×1410mm（寬×高×深）。
變頻器的主要技術引數如下表所示：
hivert系列高壓變頻器採用先進的功率單元串聯疊波技術，空間電壓向量控制的正弦波pwm調製方法，新穎的全中文操作介面和高效能igbt功率器件，可靠性高、效能優越、操作簡便。可應用於高壓交流電動機驅動的風機、水幫浦類負載的調速、節能、軟啟動和智慧型控制等多種場合。
高質量電源輸入：輸入側隔離變壓器二次線圈經過移相，為功率單元提供電源。對於10kv而言相當於54脈衝不可控整流輸入，消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，大大抑制了網側諧波（尤其是低次諧波）的產生。
變頻器引起的電網諧波電壓和諧波電流含量滿足ieee 519-1992和gb/t14549-93《電能質量公用電網諧波》對諧波含量最嚴格要求，無需安裝輸入濾波器並保護周邊裝置免受諧波干擾。正常調速範圍內功率因數大於0.96。
無需功率因數補償電容，減少無功輸入，降低供電容量。
完美的輸出效能：單元脈寬調變疊波輸出， 10kv系列每相9個單元，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形幾近完美的正弦波。
輸出電壓波形輸出電流波形
友好的使用者介面：hivert變頻器採用全中文lcd顯示，面板輕觸按鈕直接操作，更適合國人使用習慣。
全中文文字表述，易學易用
大螢幕顯示，可對多組引數進行設定，沒有煩瑣的引數**號，引數設定準確、直觀、便捷
執行引數同屏顯示，一覽無餘
狀態顯示
可記錄儲存多達十個歷次故障
其他特性：
高可靠性
高效率，額定工況下，系統總效率高達96%以上，其中變頻部分效率大於98%
功率單元模組化結構，可以互換，維護簡單
限流功能
輸出電壓自動調整
寬廣的輸入電壓範圍，更適合國內電網條件
功率單元光纖通訊控制，完全電氣隔離
內建pid調節器，可實現閉環執行
隔離rs485介面，採用modbus通訊規約
具有本地、遠端、上位三種控制方式
全面的故障監測電路、及時的故障報警保護和準確的故障記錄儲存
保護功能：
hivert變頻器具有非常完善的自診斷和保護功能，一旦變頻器發生故障或進入保護狀態，系統將自動記錄故障原因、故障位置、故障發生時間以及發生故障時變頻器各狀態引數，便於故障排除。
1) 輸入變壓器具有浪湧吸收保護功能；
2) 變壓器進線接線端子足夠大，便於進線電纜連線。變壓器櫃內高壓引線導體能滿足發熱的允許值；
3) 變壓器在各分接頭位置時，能承受線端突發短路的動、熱穩定而不產生任何損傷、變形及緊韌體鬆動；
4) 輸出諧波含量極低，保護電機不受共模電壓及dv/dt對絕緣的損壞；
5) 頻率跳躍功能，避免電機在共振區執行；
6) igbt故障：當功率單元逆變側短路或igbt發生故障時，變頻器保護並報警；
7) 過載保護： 電機額定電流的120%，執行一分鐘；
8) 過流保護： 電機額定電流的150%，立即保護；
9) 過電壓保護：檢測功率單元的直流迴路電壓，超過額定電壓的115%時，變頻器保護；
10) 欠壓保護：檢測功率單元的直流迴路電壓，低於額定電壓的80%時，降額執行。
11) 過熱保護：包括變壓器過熱保護和功率單元過熱，變壓器溫度超過150℃保護（130℃時發出超溫報警），功率單元溫度超過85℃時保護；功率櫃溫度超過60℃時保護；
12) 缺相保護：每個功率單元都裝有2個快熔，當變頻器輸入側缺相或快熔融化時，變頻器缺相保護；
13) 光纖故障保護：當控制器與功率單元之間的通訊光纖發生故障時，變頻器發出報警訊號並保護。
14) 限流保護：啟動或執行在共振點時，電機電流出現異常波動，變頻器自動控制頻率不再增加以保護電機不受損壞，在液晶屏上顯示異常情況，並且可以保持較低頻率執行不跳高壓開關，使執行人員有充足的時間處理問題。
15) 短路保護：控制變壓器有短路保護，當外部交流220 v電源出現短路或者遭遇雷擊等情況保護變頻器控制部分不被燒毀。
一旦發生上述保護時，變頻器均發出報警訊號，通知執行人員，並以全中文方式顯示和記錄故障原因、故障位置、故障發生時間，以便於故障排除。
1、控制方式
hivert變頻器有三種控制方式：
本地控制：從變頻器操作介面控制電機的啟動和停機，並能完成變頻器的所有控制；
遠端控制：通過io介面板接受來自現場的開關量控制；
上位控制：通過rs485介面，採用modbus通訊協議，接收上位dcs系統的控制。
2、速度設定方式（或閉環執行時的給定方式）
hivert變頻器有多種速度設定方式，在閉環執行時，速度設定方式即為被控量的給定方式：
本地設定：通過操作液晶屏設定執行頻率；
模擬設定：接收dcs系統4-20ma模擬訊號設定執行頻率或被控量給定值；
通訊設定：通過通訊方式接收來自dcs系統的執行頻率或被控量給定值；
多檔設定：通過開關量設定多檔執行速度或被控量給定值；
閉環調節：由pid自動設定執行頻率。
3、執行方式
hivert變頻器有開環和閉環兩種執行方式。
開環執行：變頻器以設定頻率輸出。頻率（或稱速度）的設定方式有本地設定、模擬設定、通訊設定和多檔設定。
閉環執行：對乙個執行引數（如流量、壓力、溫度等，簡稱被控量，此處以壓力為例）實現跟蹤控制。閉環執行時，實際壓力訊號來自安裝於供水管道上的壓力變送器，而壓力期望值有4種設定方式，分別為本地設定、模擬設定、通訊設定和多檔設定。
變頻器通過調節速度，使實際壓力逼近壓力設定值，以保證供水管道內的壓力恆定。
4、對外介面
模擬量輸入：2路，4～20ma。4～20ma時輸入阻抗250ω。用於接收速度設定或被控量設定的模擬訊號；現場的流量、壓力、煙氣濃度等訊號。
模擬量輸出：2路，4～20ma輸出。4～20ma輸出時最大阻抗500ω。以模擬方式輸出變頻器的執行速度；變頻器的輸入、輸出電壓、電流、功率及功率因數等變數。
數字量輸入：12路，光電隔離，隔離電壓500vac。接收遠端控制訊號，速度給定開關訊號及各開關狀態等。
數字量輸出：9路，中間繼電器隔離，隔離電壓750vac，接點容量2a。輸出變頻器狀態，控制主電源開斷等。
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